JP5982410B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、用紙に転写されたトナー像を熱圧着によって用紙に定着させる定着装置を備えた画像形成装置に関し、特に、定着装置のウォーミングアップの技術に関する。

画像形成装置に搭載されている一般的な定着装置には、省エネやウォームアップ時間短縮の目的で、ローラー厚さを薄くした薄肉タイプの加熱ローラーが採用されている。また、加熱ローラーの摩耗を避けて耐久性を維持するために、加熱ローラーの温度検出手段として例えば非接触型のサーミスターが採用されている。このように非接触型のサーミスターを用いた場合、空気層を介して加熱ローラーの表面温度が検出されるため、サーミスターによる温度検出は、実際の加熱ローラーの表面温度に対して遅れが生じる。薄肉タイプの加熱ローラーの場合、時間経過に伴う表面温度の変化量が大きいため、この遅れは、加熱ローラーの定着温度制御の正確性に影響する。また、ヒーター電力の製造公差（±５％〜１０％）や、製品本体が置かれる環境（周囲温度０℃〜５０℃）によっても、加熱ローラーの昇温時間は大きく左右されてしまい、薄肉タイプの加熱ローラーの定着温度制御をより困難なものにしている。

かかる問題に対して、下記特許文献１では、基準となる昇温時間と、ヒーター通電開始から所定温度までの昇温時間とを比較し、その差に基づき、サーミスターによる実測の検出温度を補正する技術が提案されている。

特開２００６−４７４１１号公報

上記特許文献１に開示された温度補正は、加熱ローラーの温度が定着温度付近に達した状況で行われる。しかし、薄肉タイプの加熱ローラーの昇温スピードは速いため、当該温度補正を行う時点では加熱ローラーの表面温度が既に過昇状態となっているおそれがある。この場合、ローラー溶着などによる破損のおそれがある。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、薄肉タイプの加熱ローラーと非接触型の温度検出部を備えた定着装置において、定着ヒーターへの通電開始時から、加熱ローラーを早くかつ安全に定着温度にまで立ち上げ可能にすることを目的とする。

本発明の一局面に係る画像形成装置は、ヒーターが内装された薄肉タイプの加熱ローラーと、
前記加熱ローラーに圧接され、前記加熱ローラーとともにトナー像が転写された用紙を挟持する加圧ローラーと、
前記加熱ローラーに非接触で前記加熱ローラーの表面温度を検出するための温度検出部と、
前記温度検出部を用いて得た検出温度に基づいて、前記加熱ローラーの表面温度を一定にする維持するために前記ヒーターへの通電制御を行うヒーター制御部と、
前記ヒーターへの通電開始時の初期検出温度と、前記温度検出部を用いた検出温度が定着温度よりも低い予め定められた値に達した時点からの前記ヒーターへの通電残り時間との対応関係を表すテーブルを保持する記憶部と、
計時を行う計時部とを備え、
前記ヒーター制御部は、前記温度検出部を用いて前記初期検出温度を取得し、前記テーブルを参照して当該取得した初期検出温度に対応する通電残り時間を取得し、前記ヒーターへの通電開始後に前記温度検出部を用いて得た検出温度が前記予め定められた値に達した時点から、当該読み出した通電残り時間が経過したことが前記計時部によって計時された時点で前記ヒーターへの通電を停止するものである。

本発明によれば、薄肉タイプの加熱ローラーと非接触型の温度検出部を備えた定着装置において、定着ヒーターへの通電開始時から、加熱ローラーを早くかつ安全に定着温度にまで立ち上げることができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の構造を示す左側面断面図である。 画像成形装置の主要内部構成を概略的に示す機能ブロック図である。 低温、標準、高温の各温度環境下におけるウォーミングアップ時の加熱ローラーの温度変化例を示すグラフである。 加熱ローラーの初期温度とヒーターへの通電時間の補正時間との関係の一例を示すグラフである。 定着装置のウォーミングアップ時における制御を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係る定着装置及びこれを備えた画像形成装置について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の構造を示す左側面断面図である。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置１は、例えば、プリンターである。本実施形態において、後述する手差しトレイ６５が配置された側（図１における右側）を画像形成装置１の前側として説明する。

画像形成装置１は、筐体Ｍと、所定の画像情報に基づいて用紙Ｔに所定の画像を形成する画像形成部と、用紙Ｔを画像形成部に給紙すると共に画像が形成された用紙Ｔを排紙する給排紙部とを有する。

図１に示すように、画像形成部は、感光体ドラム２と、帯電部１０と、レーザースキャナーユニット４と、現像器１６と、トナーカートリッジ５と、トナー供給装置６と、転写ローラー８と、定着装置９と、ドラムクリーニング装置１１とを備える。また、給排紙部は、給紙カセット５２と、手差しトレイ６５と、レジストローラー対８０と、用紙Ｔの搬送路Ｌとを備える。

感光体ドラム２は、円筒形状の部材からなり、像担持体として機能する。感光体ドラム２は、図１に対して垂直な回転軸を中心に回転可能な態様で筐体Ｍに配置される。感光体ドラム２の表面には、静電潜像が形成される。

帯電部１０は、感光体ドラム２の上方に配置される。帯電部１０は、感光体ドラム２の表面を一様に正（プラス極性）帯電させる。

レーザースキャナーユニット４は、ＰＣ（パーソナルコンピューター）等の外部機器から出力された画像情報に基づいて、感光体ドラム２の表面を走査露光する。レーザースキャナーユニット４により走査露光されることによって、感光体ドラム２の表面の帯電した電荷が除去される。これにより、感光体ドラム２の表面に静電潜像が形成される。

現像器１６は、感光体ドラム２の前方（図１における右側）に配置される。現像器１６は、感光体ドラム２に形成された静電潜像を単色（通常はブラック）のトナー画像として現像する。現像器１６は、感光体ドラム２に対向配置可能な現像ローラー１７とトナー攪拌用の攪拌ローラー１８とを有して構成される。

トナー供給装置６は、トナーカートリッジ５に収容されたトナーを、現像器１６に供給する。

ドラムクリーニング装置１１は、感光体ドラム２の後方（図１における左側）に配置される。ドラムクリーニング装置１１は、感光体ドラム２の表面に残留したトナーや付着物を除去する。トラムクリーニング装置１１によって除去されたトナーを蓄積する廃トナー部１２が定着装置９に関して用紙Ｔの搬送方向上流側に隣接配置されている。

転写ローラー８は、感光体ドラム２の表面に形成されたトナー像を用紙Ｔに転写させる転写装置として機能する。転写ローラー８には、不図示の電圧印加手段により、感光体ドラム２に形成されたトナー像を用紙Ｔに転写させるための転写バイアスが印加される。

用紙Ｔは、感光体ドラム２と転写ローラー８とによって挟み込まれ、感光体ドラム２の表面（トナー像が形成された側）に押し当てられる。このようにして転写ニップＮが形成され、感光体ドラム２に形成されたトナー像は、用紙Ｔに転写される。

定着装置９は、用紙Ｔに転写されたトナー像を構成するトナーを溶融させて、用紙Ｔに定着させる。定着装置９は、ヒーター９０が内装された薄肉タイプの加熱ローラー９ａと、加熱ローラー９ａに圧接される加圧ローラー９ｂと、を備える。薄肉タイプとは、例えば材質がアルミであり、ローラーの層厚さが従前の加熱ローラーの層厚さよりも薄い加熱ローラーをいう。また、加熱ローラー９ａに対して適当な位置に、加熱ローラー９ａの表面温度を非接触で検出するサーミスター９１が配置されている。加熱ローラー９ａと加圧ローラー９ｂとは、トナー像が転写された用紙Ｔを挟持するようにして搬送する。用紙Ｔが加熱ローラー９ａと加圧ローラー９ｂとの間に挟持されるように搬送されることによって、用紙Ｔに転写されたトナーは、溶融し、用紙Ｔに定着する。

給紙カセット５２は、筐体Ｍの下部に配置される。給紙カセット５２は、筐体Ｍの前側（図１における右側）に水平方向に引き出し可能に配置される。給紙カセット５２は、用紙Ｔが載置される載置板６０を備えており、カセット給紙部５１は、載置板６０に載置された用紙Ｔを取り出す前送りコロ６１と、用紙Ｔを１枚ずつ搬送路Ｌに送り出すローラー対６３とからなる重送防止機構を備える。カセット給紙部５１は、給紙カセット５２に収容された用紙Ｔを搬送路Ｌに送り出す。

カセット給紙部５１又は手差し給紙部６４と排紙部５０との間には、用紙Ｔを搬送するための搬送路Ｌが形成される。搬送路Ｌは、カセット給紙部５１から第１合流部Ｐ１までの第１搬送路Ｌ１と、第１合流部Ｐ１からレジストローラー対８０までの第２搬送路Ｌ２と、レジストローラー対８０から転写ローラー８までの第３搬送路Ｌ３と、転写ローラー８から定着装置９までの第４搬送路Ｌ４と、定着装置９から分岐部Ｐ３までの第５搬送路Ｌ５と、分岐部Ｐ３から排紙部５０までの第６搬送路Ｌ６と、手差しトレイ６５から第１合流部Ｐ１までの第７搬送路Ｌ７と、を有する。

第１合流部Ｐ１は、カセット給紙部５１から用紙Ｔを搬送する第１搬送路Ｌ１と、手差しトレイ６５から用紙Ｔを搬送する第７搬送路Ｌ７との合流部である。

第２搬送路Ｌ２の途中には、第２合流部Ｐ２が配置される。さらに、搬送路Ｌは、分岐部Ｐ３から第２合流部Ｐ２までの戻し搬送路Ｌｂを有する。第２合流部Ｐ２は、第２搬送路Ｌ２と戻し搬送路Ｌｂとの合流部である。

転写ローラー８における用紙Ｔの搬送方向の上流側（図１における右側）には、レジストローラー対８０が配置される。

戻し搬送路Ｌｂは、用紙Ｔの両面印刷を行う際に、既に印刷されている面とは反対面（非印刷面）を感光体ドラム２に対向させるために設けられる搬送路である。

筐体Ｍの前面側（図１における右側）であって給紙カセット５２の上方には、手差し給紙部６４が設けられる。手差し給紙部６４は、用紙載置部である手差しトレイ６５と、給紙ローラーである給紙コロ６６とを備える。

排紙部５０における開口側には、排紙集積部Ｍ１が形成される。排紙集積部Ｍ１には、排紙部５０から排紙された、所定画像が定着された用紙Ｔが積層して集積される。

次に、画像形成装置１の構成を説明する。図２は画像形成装置１の主要内部構成を示す機能ブロック図である。

画像形成装置１は、制御ユニット１０、画像形成部２１、画像メモリー２２、操作部２３、ネットワークインターフェイス部２４、ヒーター９０、サーミスター９１、及び記憶装置９２等を備える。

画像形成部２１は、ネットワーク接続されたコンピューター３００から受信した印刷データ等の画像形成を行う。

画像メモリー２２は、画像形成部２１のプリント対象となるデータを一時的に保存する領域である。

操作部２３は、画像形成装置１が実行可能な各種動作及び処理について操作者からの指示を受け付ける。

ネットワークインターフェイス部２４は、ＬＡＮボード等の通信モジュールから構成され、当該ネットワークインターフェイス部２４に接続されたＬＡＮ等を介して、ローカルエリア内のコンピューター３００等と種々のデータの送受信を行う。

ヒーター９０は、上述したように、加熱ローラー９ａを加熱するための加熱手段であり、加熱ローラー９ａに内装されている。ヒーター９０は、例えば、ハロゲンヒーター、又は、励磁コイルとコアとを有する誘導加熱部を備えたＩＨヒーターで構成することができる。

サーミスター９１は、温度検出部の一例であり、加熱ローラー９ａの表面に対向する位置であって、例えば、加熱ローラー９ａの長手方向の略中央部分に対向して配置されており、加熱ローラー９ａの表面温度を非接触で検出する。サーミスター９１は、検出した温度に応じた電気信号をヒーター制御部２０１に出力する。

記憶装置（記憶部）９２は、ヒーター９０への通電開始時のサーミスター９６１による初期検出温度としての各初期検出温度と、サーミスター９１の検出温度が予め定められた定着温度（例えば、180℃）よりも低い予め定められた値（例えば、170℃）に達した時点からヒーター９０に通電を継続する通電残り時間との対応関係を表すテーブルを記憶する。記憶装置９２は、フラッシュメモリＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリーやハードディスク装置等で構成することができる。

制御ユニット２０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び専用のハードウェア回路等から構成される。制御ユニット２０は、制御部２００と、ヒーター制御部２０１とを備える。

制御部２００は、画像形成装置１の全体的な動作制御を司る。制御部２００は、画像形成部２１、画像メモリー２２、操作部２３、ネットワークインターフェイス部２４等と接続され、これら各部の駆動制御、用紙の搬送制御及び画像形成制御を行う。

ヒーター制御部２０１は、画像形成時の定着動作実行時に、サーミスター９１を用いて検出した温度に基づいて、加熱ローラー９ａの表面温度を一定温度に維持するためのヒーター９０への通電制御を行う。

また、ヒーター制御部２０１は、ウォーミングアップ時におけるヒーター９０への通電開始時にサーミスター９１を用いてその初期検出温度を取得し、記憶装置９２に保持されたテーブルを参照して、当該取得した初期検出温度に対応する通電残り時間を取得する。そして、ヒーター制御部２０１は、ヒーター９０への通電開始後にサーミスター９１を用いた検出温度が上記予め定められた値に達した時点から当該読み出した通電残り時間が経過する時点までヒーター９０に対する通電を続け、通電残り時間の経過時点でヒーター９０に対する通電を停止する。

なお、ヒーター制御部２０１又は制御部２００は、計時部としてのタイマーを内蔵することが好ましい。当該タイマーは、加熱ローラー９ａが、上記初期検出温度から上記予め定められた温度に達するまでの到達時間を計時する。

図３は、低温、標準、高温の各温度環境下におけるウォーミングアップ時の加熱ローラーの温度変化例を示すグラフである。なお、加熱ローラー９ａの温度はサーミスター９１を用いて検出された温度である。例えば、標準環境下では、ヒーター制御部２０１がヒーター９０への通電を開始してから時刻ｔ２で加熱ローラー９ａの温度が設定値Ｔ＿ｄｅｆに達し、それからさらにヒーター制御部２０１が時間Ｔ２だけヒーター９０への通電を継続することで加熱ローラー９ａの温度が見込み温度Ｔ＿ｅｘｐｅｃｔに達する。そして、時刻ｔ２から時間Ｔ２だけ経過した後に、ヒーター制御部２０１は、定着必要温度を維持する制御を行う通常制御モードに移行させる。通常制御モードでは、ヒーター制御部２０１は、加熱ローラー９ａの表面温度が目標温度Ｔ＿ｔａｒｇｅｔで一定となるようにヒーター９０への通電制御を行う。

図３のグラフに示すように、ウォーミングアップ開始時の加熱ローラー９ａの温度が同じでも、画像形成装置１が置かれた温度環境の違いによって、加熱ローラー９ａの温度上昇スピードが異なる。例えば、高温環境下（あるいはヒーター９０の電力公差がプラスの場合）では、ヒーター制御部２０１がヒーター９０への通電を開始してから標準環境下のときよりも早い時刻ｔ１で加熱ローラー９ａの温度が設定値Ｔ＿ｄｅｆに達し、それからさらにヒーター制御部２０１が標準環境下のときよりも短い時間Ｔ１だけヒーター９０への通電を継続することで加熱ローラー９ａの温度が見込み温度Ｔ＿ｅｘｐｅｃｔに達する。高温環境下において、もし、加熱ローラー９ａの温度が設定値Ｔ＿ｄｅｆに達してからさらに標準環境下のときと同じ時間Ｔ２だけヒーター９０への通電を継続すると、加熱ローラー９ａの温度が見込み温度Ｔ＿ｅｘｐｅｃｔを大きく超えてしまい、加熱ローラー９ａの表面が溶着するおそれがある。

一方、低温環境下（あるいはヒーター９０の電力公差がマイナスの場合）では、ヒーター制御部２０１がヒーター９０への通電を開始してから標準環境下のときよりも遅い時刻ｔ３で加熱ローラー９ａの温度が設定値Ｔ＿ｄｅｆに達し、それからさらにヒーター制御部２０１が標準環境下のときよりも長い時間Ｔ３だけヒーター９０への通電を継続することで加熱ローラー９ａの温度が見込み温度Ｔ＿ｅｘｐｅｃｔに達する。低温環境下において、もし、加熱ローラー９ａの温度が設定値Ｔ＿ｄｅｆに達してからさらに標準環境下のときと同じ時間Ｔ２しかヒーター９０への通電を継続しないとすると、加熱ローラー９ａの温度が見込み温度Ｔ＿ｅｘｐｅｃｔに達しない。

したがって、ヒーター制御部２０１は、ヒーター９０への通電を開始してから加熱ローラー９ａの温度が、上記予め定められた値としての設定値Ｔ＿ｄｅｆに達してからは、画像形成装置１が置かれた温度環境に応じた通電残り時間に限ってヒーター９０への通電を継続する。これにより、どのような温度環境下においても、加熱ローラー９ａの異常な過昇温を起こすことなく加熱ローラー９ａの温度を見込み温度Ｔ＿ｅｘｐｅｃｔまで昇温させることができる。

上記の通電残り時間は、さまざまな温度環境下で、図３に示したような定着昇温カーブを測定し、通電残り時間グラフを作成することで得られる。図４は、加熱ローラー９ａの初期検出温度と、上記通電残り時間との関係の一例を示すグラフである。なお、加熱ローラー９ａの温度はサーミスター９１を用いて検出された温度である。例えば、加熱ローラー９ａの初期検出温度（ウォーミングアップ開始時の温度）が０℃のときの補正時間は１０秒であり、加熱ローラー９ａの初期温度が３０℃のときの補正時間は４秒であり、加熱ローラー９ａの初期温度が６０℃のときの補正時間は１秒である。記憶装置９２は、図４に示したグラフを数値化したテーブルを保持している。ヒーター制御部２０１は、記憶装置９２に保持されたテーブルを参照して当該取得した温度に対応する補正時間を取得する。

なお、ヒーター９０の製造公差のばらつきに起因する発熱量のばらつきや、ヒーター９０への通電時の電圧ばらつきにより、加熱ローラー９ａの昇温時間が早まったり、遅くなったりすることが予想される。したがって、上記補正時間をヒーター９０の製造公差に応じて調整しておくことが好ましい。具体的には、ヒーター制御部２０１は、ヒーター９０への通電を開始したときに、加熱ローラー９ａの温度が初期温度から設定値Ｔ＿ｄｅｆに達するまでの到達時間を上記タイマーにより計時することで昇温スピードとして測定し、その昇温スピードに応じて図４に示したグラフを上下方向にオフセットさせることで、ヒーター９０の製造公差に応じた補正時間を取得することができる。例えば、図４に示すグラフが予め定められた標準到達時間についてのものである場合、上記計時された到達時間がこれよりもn秒長い場合は、n×m(m=予め定められた係数)秒だけグラフを上方向にオフセットさせる。

次に、画像形成装置１における定着装置のウォーミングアップ時の動作について説明する。図５は、定着装置のウォーミングアップのフローチャートである。

ウォーミングアップを開始してすぐに、ヒーター制御部２０１は、サーミスター９１を用いて得た加熱ローラー９ａ表面の温度を検出温度として取得する（Ｓ１）。そして、ヒーター制御部２０１は、記憶装置９２に保持されたテーブルを参照して、ステップＳ１で取得した検出温度に対応する通電残り時間を取得する（Ｓ２）。その後、ヒーター制御部２０１は、ヒーター９０への通電を開始する（Ｓ３）
ヒーター９０への通電を開始してから、ヒーター制御部２０１は、サーミスター９１の検出温度が上記予め定められた値（図４に示した設定値Ｔ＿ｄｅｆ）に達するまで（Ｓ４でＮＯ）、サーミスター９１の検出温度の監視を続ける。そして、サーミスター９１の検出温度が上記予め定められた値に達したとき（Ｓ４でＹＥＳ）、ヒーター制御部２０１は、ヒーター９０への通電残り時間の計時を開始する（Ｓ５）。ヒーター制御部２０１は、ステップＳ５で計時を開始してから、ステップＳ２で取得した通電残り時間が経過するまで（Ｓ６でＮＯ）、ヒーター９０に対して連続的に通電する。そして、ステップＳ５で計時を開始してから、ステップＳ２で取得した補正時間が経過したとき（Ｓ６でＹＥＳ）、ヒーター制御部２０１は、ヒーター９０への通電を一旦停止する（Ｓ７）。その後、ヒーター制御部２０１は、通常制御モードへ移行し（Ｓ８）、定着装置のウォーミングアップが終了する。

上記のように、本実施形態によれば、薄肉タイプの加熱ローラー９ａと非接触型のサーミスター９１を備えた定着装置に対して、加熱ローラー９ａの温度を早くかつ安全に定着温度にまで到達させることができる。これにより、薄肉タイプの加熱ローラー９ａの溶着等を防止することができる。また、画像形成装置１に既設のサーミスター９１を用いるため、追加の温度検出手段の設置が不要でありコストアップは発生しない。さらに、ヒーター制御部２０１が記憶装置９２に保持されたテーブルを参照して通電残り時間を取得するため、複雑な計算処理が不要であり、制御が簡単である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施の形態の構成に限られず種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、本発明に係る画像形成装置の一実施形態としてプリンターを用いて説明しているが、これは一例に過ぎず、他の電子機器、例えば、コピー機、ファクシミリ装置、複合機等の他の画像形成装置でもよい。

また、上記実施形態では、図１乃至図５を用いて上記実施形態により示した構成は、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明を当該構成に限定する趣旨ではない。

１ 画像形成装置
２ 感光体ドラム（像担持体）
８ 転写ローラー（転写装置）
９ 定着装置
９ａ 加熱ローラー
９ｂ 加圧ローラー
９０ ヒーター
９１ サーミスター
９２ 記憶装置
２０１ ヒーター制御部

Claims (4)

1. ヒーターが内装された薄肉タイプの加熱ローラーと、
   前記加熱ローラーに圧接され、前記加熱ローラーとともにトナー像が転写された用紙を挟持する加圧ローラーと、
   前記加熱ローラーに非接触で前記加熱ローラーの表面温度を検出するための温度検出部と、
   前記温度検出部を用いて得た検出温度に基づいて、前記加熱ローラーの表面温度を一定にする維持するために前記ヒーターへの通電制御を行うヒーター制御部と、
   前記ヒーターへの通電開始時の初期検出温度と、前記温度検出部を用いた検出温度が定着温度よりも低い予め定められた値に達した時点からの前記ヒーターへの通電残り時間との対応関係を表すテーブルを保持する記憶部と、
   計時を行う計時部とを備え、
   前記ヒーター制御部は、前記温度検出部を用いて前記初期検出温度を取得し、前記テーブルを参照して当該取得した初期検出温度に対応する通電残り時間を取得し、前記ヒーターへの通電開始後に前記温度検出部を用いて得た検出温度が前記予め定められた値に達した時点から、当該読み出した通電残り時間が経過したことが前記計時部によって計時された時点で前記ヒーターへの通電を停止する画像形成装置。
2. 前記計時部は、前記初期検出温度から前記予め定められた温度に達するまでの到達時間を計時し、
   前記ヒーター制御部は、前記計時部によって計時される到達時間に応じて、前記記憶部に記憶されている前記テーブルの前記通電残り時間を補正する請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記ヒーター制御部は、前記テーブルを用いた前記ヒーターへの通電制御を前記加熱ローラー及び前記加圧ローラーを備える定着装置のウォーミングアップ時に行う請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記温度検出部がサーミスターである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。

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